基于能量梯度方法的叶片数对离心泵稳定性影响研究

为了提高离心泵运行效率和运行稳定性,研究了不同叶片数对离心泵内部流场以及外特性的影响,采用RANS方法和RNGk-ε湍流模型对离心泵的内部流场进行了数值模拟。数值计算结果与实验值对比发现,在设计工况下计算扬程的相对误差为1.0%,效率相对误差为4.9%。在此基础上采用一种用于分析流动稳定性问题的新方法——能量梯方法对流场数据进行处理,获得不同叶片数离心泵内能量梯度K函数的分布。研究结果表明:在大流量工况下,当叶片数为5时,效率最高,稳定工作区域大,综合性能最好;而在小流量工况下,叶片数对离心泵性能的影响不明显;从能量梯度K函数的分布,发现K函数在流道出口吸力面附近较大,这表明流动主要是先从叶轮出口吸力面开始失稳的。     

叶片进口安放角对单叶片离心泵内流场的影响

文章利用ANSYS Bladegen软件,设计了4种不同叶片进口安放角的叶轮。对采用不同叶轮的单叶片离心泵进行了全流场定常数值计算,并通过试验验证了所采用数值计算方法的可靠性。结果表明：额定转速下,流量越大,叶轮中间截面上压力分布越均匀,但叶轮入口处和蜗壳内的低速区范围越大,同时叶轮出口绝对速度的波动程度受叶片进口安放角的影响越小。同一工况下,适当增大叶片进口安放角可增加叶轮中间截面上高压区的范围,提高叶轮能量转换能力,但会降低叶片吸力面入口处的压力。所有流量工况下,叶片进口安放角太小或太大均不利于降低叶轮流出液流与蜗壳中液流发生碰撞产生的碰撞损失,同时不利于降低叶片所受载荷的波动程度。     

基于叶片载荷分布的离心泵叶轮水力性能优化

载荷分布是三元反问题设计中的关键参数,为分析叶片载荷分布规律对离心泵叶轮水力性能和气蚀性能的影响,采用软件CFX对叶轮a、b和c 3种不同叶片载荷方式的离心泵叶轮内流场进行数值模拟。由分析结果可知:不同叶片载荷对离心泵叶轮外特性存在较大影响,外特性性能最好的是叶轮b,但其吸力面进口处静压值最小,外特性性能其次的为叶轮a,其吸力面进口处静压值最大,所以在兼顾离心泵叶轮效率与气蚀性能的条件下,优化出最佳载荷分布方式为叶轮a,即外特性和气蚀性最好,在其最佳载荷的基础上对其载荷分布再次进行优化可知:叶轮a-3的载荷分布水力性能和气蚀性能较好。分析结果为离心泵叶轮三元反设计提供一定参考。     

离心泵变工况流场及叶轮流体激振力研究

目前采用势流理论计算离心泵叶轮的流体激振问题的结果不佳,对离心泵三维流场进行了定常和非定常计算,分析了不同工况下离心泵蜗壳内的压力分布情况,研究了不同工况下的离心泵叶轮上的稳态和瞬态作用力的变化规律.计算结果表明,稳态作用力在不同工况下的计算值能较好符合实验数据,离心泵偏离设计工况时稳态作用力会显著增加;瞬态作用力与叶轮和隔舌的干涉流动有很大关系,不同工况下瞬态作用力呈周期变化,其变化频率与叶片通过频率基本一致,随流量增大其幅值也显著增大.对稳态和瞬态作用力进行深入研究可以为离心泵叶轮流固耦合振动分析打下基础,有利于离心泵叶轮转子系统的减振降噪.     

定常多相位方法与非定常方法用于离心泵数值模拟的比较研究

为比较离心泵内流场模拟的非定常方法和多相位方法,对IS80-65-160离心泵的内流场进行了整机非定常数值模拟.仿真计算考虑了设计工况和八种非设计工况.数值模拟采用Realizable κ-ε流模型.在数值模拟的基础上,计算了扬程、轴功率、效率,得到了基于非定常数值模拟的该离心泵的计算性能曲线,并与基于多相位模拟得到的计算性能曲线和试验性能曲线进行比较.研究表明:两种方法均可用于离心泵内部流动数值模拟计算,采用定常多相位仿真结果与试验结果吻合较好.     

液力透平进口截面对蜗壳内压力脉动的影响

为研究液力透平不同进口截面对蜗壳内压力脉动的影响,选取一单级液力透平为研究对象,利用流场分析软件CFD对该液力透平内流场进行三维非定常数值计算,在蜗壳内沿周向和径向设置监测点,计算各监测点在不同进口截面和最优工况下沿周向和径向的压力脉动,以及各监测点在不同流量和不同进口截面下沿径向的压力脉动,利用快速傅里叶变换对各监测点的压力脉动计算结果进行变换,分析各监测点处压力脉动的时域和频域分布。结果表明:蜗壳进口直径越大,隔舌处的压力脉动幅值越大;蜗壳进口直径越小,叶轮动静相干作用越强,蜗壳内压力脉动幅值越大;流量越大,不同蜗壳进口截面下蜗壳内压力脉动主频幅值之间相差越小;当离心泵用作液力透平时为了使液力透平能够较稳定运行,需适当减小液力透平进口截面面积。     

多级离心泵内部流动分析及性能预测

采用Realizable k-ε湍流模型,对多级离心泵进行了CFD计算,分析了流场的分布规律和压力脉动。结果表明:由于隔舌的影响,多级泵内部各级叶轮速度与静压、总压分布均呈现非对称性;涡流、二次流等流动现象主要发生在首级叶轮蜗壳和次级叶轮蜗壳内;叶轮内叶片压力面侧进口至出口的相对速度呈现先减小后增大的趋势;隔舌处的压力脉动特性同时受到叶轮与隔舌间的动静干涉和叶片通过频率的影响。数值模拟计算得到的外性能曲线与试验的外特性曲线较吻合,误差在允许范围内。     

泵叶轮出口宽度对蜗壳内压力脉动强度的影响

为了研究低比转数离心泵叶轮出口宽度对蜗壳内压力脉动强度的影响,将叶轮出口宽度分别设计为5、6和7 mm,并保持蜗壳和叶轮其他几何参数不变。应用ANSYS CFX 14.5进行数值计算,对比了定常数值计算与外特性、粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)试验结果,验证了数值计算的可信度,3个方案的扬程、效率均满足设计要求。在非定常数值计算中,引入压力脉动强度表征3个旋转周期内压力脉动的累积效应。结果表明:对于同一叶轮出口宽度,小流量下蜗壳内压力脉动强度最大,大流量次之,而在设计工况下,压力脉动强度及其梯度均是最小的;由于叶轮和蜗壳的时序干涉作用,隔舌处出现压力脉动强度的大梯度变化;蜗壳进口宽度与叶轮出口宽度之比为3时,该低比转数离心泵的性能满足设计要求,且压力脉动强度较低,综合性能较优。     

多级离心泵内部流动分析及性能预测

采用Realizable k-ε湍流模型,对多级离心泵进行了CFD计算,分析了流场的分布规律和压力脉动。结果表明:由于隔舌的影响,多级泵内部各级叶轮速度与静压、总压分布均呈现非对称性;涡流、二次流等流动现象主要发生在首级叶轮蜗壳和次级叶轮蜗壳内;叶轮内叶片压力面侧进口至出口的相对速度呈现先减小后增大的趋势;隔舌处的压力脉动特性同时受到叶轮与隔舌间的动静干涉和叶片通过频率的影响。数值模拟计算得到的外性能曲线与试验的外特性曲线较吻合,误差在允许范围内。     

基于CFD的离心泵全流场非定常流动特性研究

为了研究不同流量下离心泵全流场内部非定常压力脉动分布特性,采用RANS方法和SSTk-ω模型对泵内非定常流动进行了数值计算.研究发现,不同流量工况下离心泵扬程和效率计算结果与试验结果的最大偏差在4％以内,验证了数值计算结果与试验结果的良好一致性.数值计算结果显示:小流量工况下,在叶轮多个流道内发现漩涡结构.由压力脉动的...     

低比转速离心泵三维建模与数值模拟

使用Unigraphics NX软件对低比转速离心泵进行三维建模,在雷诺时均方程和标准k-ε湍流模型基础上,通过CFX软件对离心泵系统进行模拟仿真,获得内流场的速度和静压分布。结果表明:叶轮及蜗壳区域流速和压力分布具有明显非对称性,其数值与叶轮、蜗壳的相对位置密切相关,隔舌部位对叶轮各分流道中流速影响明显;离心泵性能仿真值与实际值吻合较好,验证了泵体三维建模过程具有可靠性。     

长短交错叶片对离心泵空蚀特性的影响

为了改善离心泵的抗空蚀性能,本文建立3种不同叶片进口形状的叶轮模型。利用数值模拟方法对不同工况下的3种叶轮叶片形状下的离心泵在不同空化余量时内部流动规律进行了研究,分析不同工况下离心泵内部流场特性及空化特性、以及不同空化余量下3种叶片叶轮内的空蚀特性。结果表明:长叶片离心泵最容易发生空化产生空蚀损伤;短叶片和长短交错叶片离心泵较宽的叶轮进口喉部面积改善了泵在叶轮进口处的吸入性能,具有最佳的抗空蚀性能,空蚀损伤区域面积和空蚀强度有显著的减小。由于叶型的不同,短叶片叶轮的扬程与效率有明显的下降,往往达不到设计所需求的扬程和效率。综合比较下,长短交错叶片在不影响离心泵扬程和效率的前提下具有最佳的抗空化效果,有效地改善了离心泵的空蚀性能。     

多级液力透平效率理论分析及数值计算

为预测多级离心泵作透平的水力效率,以DG85-80多级离心泵为模型,对多级离心泵作透平的性能进行理论分析,提出多级离心泵透平工况下最优效率与泵工况下最优水力效率的关系,得到多级离心泵作透平时的最优效率,并应用CFD软件,对多级离心泵作透平时内部流场的水力性能进行数值分析,所得到的结果与理论分析的结果进行比较,发现在最优效率点的效率能够较好地吻合,误差为2.74%。为了获得多级离心泵的内部流场特性,对不同流量与同一流量下不同位置的相对速度和静压力进行分析,得出叶轮内低速区域随着流量增大而减小,在第1级到第4级压降基本相等,第5级的压降最小。       

无过载离心泵内部流场的三维数值模拟

采用标准κ-ε湍流模型和SIMPLEC算法,对满足最大轴功率值小于或等于1.1倍的额定功率值的无过载离心泵进行数值模拟,得出叶轮内流道的压力和速度分布规律,为无过载离心泵的性能预测、水力设计及优化设计提供了依据。并根据泵进出口速度、压力分布规律,预测了泵的能量特性曲线,实验表明:预测的结果较为理想,但在偏离设计工况下的湍流模型还需要做进一步研究。     

基于缝隙射流原理的离心泵空化控制研究

为了改善低比转速离心泵内的空化流动状态,提出一种在叶片上设置缝隙的被动控制方法,探究该结构对空化的抑制效果及其控制机理. 采用数值模拟方法探讨结构对空化的抑制. 采用修正的SST k-ω湍流模型和Kubota空化模型,对原始叶轮和改型叶轮分别进行定常及非定常数值计算,获得设计工况下2种叶轮形式在各个空化阶段的流场结构及压力脉动特性. 计算结果表明：改型叶轮中经缝隙流向叶片背面的高压流体提高了叶片背面的压力,对空化初生、空化发展及空化剧烈阶段均产生了抑制作用,特别是空化剧烈阶段,与原始叶轮相比,其空泡体积分数减少了60.6%;与原始叶轮相比,改型叶轮内液相区的压力脉动主频幅值在各个空化阶段均有所下降.     

螺旋离心泵的双向流固耦合分析

基于Reynolds时均化N-S方程、标准k-ε两方程湍流模型, 以及结构响应的弹性体结构动力学方程, 采用多重坐标系法, 对螺旋离心泵清水介质时的内流场和结构动力学进行双向流固耦合全三维数值计算, 将计算结果与非流固耦合计算流场进行对比, 分析流固耦合作用对泵外特性及不同叶轮位置泵内压力场和速度场的影响。结果表明:采用双向流固耦合模式的扬程和效率预测值更接近试验值; 在小流量下流固耦合作用对外特性的影响较大, 而在大流量下对外特性影响较小; 流固耦合作用对压力场和速度场的影响主要集中在蜗壳扩散段, 对蜗壳其他部位和叶片影响较小; 在两种计算模式下蜗壳中截面压力分布出现明显差别, 并在叶片出口正对隔舌时压力分布出现突变。       

离心泵部分负载下进口二次回流成因分析及验证

为探讨离心叶轮在部分负载下进口回流的成因以及其对离心泵运行的影响,应用理论分析与实验方法对强制涡压力分布特点、叶轮入口二次回流产生的原因进行分析,采用数值模拟方案对一比转速为66的泵进行数值计算,探讨在不同流量下叶轮进口速度与压力分布规律,对比叶片进口切割前后的泵外特性,分析入口回流对泵外特性的影响。结果表明:强制涡中压力随着半径增大按抛物线规律上升;二次回流产生的原因在于部分工况下旋转叶轮形成叶轮入口黏性流体的强制涡产生不同半径上的压力差,回流对消除流量扬程曲线的驼峰有积极作用。本文对离心泵部分负载下进口回流成因的探讨以及深入认识离心泵流动原理提供了一定的参考。     

混流式核主泵压力脉动特性预测与分析

由于结构和运行工况的原因,混流式核主泵流道中的压力脉动比普通混流泵更为复杂,掌握其流道中的压力脉动特性及在不同运行工况的特征对于满足设计的高可靠性和保证运行的安全性都很有必要。为寻找引起压力脉动的主要因素和探讨运行工况对压力脉动特性的影响,在对带球形压水室的核主泵进行全流道三维非定常流场数值模拟的基础上,对5个典型工况下叶轮和空间导叶流道中不同部位的压力脉动时域与频域特性进行深入分析。结果表明:叶轮与空间导叶的动静干涉是引起压力脉动的主要因素,压力脉动主频为叶频,其幅值取决于运行工况的流量,在设计工况运行其压力脉动的幅值最低;对于采用球形压水室的流道,压力脉动幅值沿叶轮进口向出口逐步增大并在叶轮出口达到最大值,然后沿空间导叶的进口向出口逐步减小;在小流量工况时,流道中的不稳定流动会产生更为复杂的压力脉动;在同一圆周上,叶轮进口区域的压力脉动特性并不一致,叶片背面脉动幅值大于叶片正面,而在不同工况下叶轮出口区域叶片正、背面的压力脉动特性差别不大;随着运行流量的减少,因球形压水室的几何形状影响会产生涡流和回流,导致叶轮内的中高频脉动幅值增大,若流量过小,整个流道中的脉动幅值都将明显加大;球形压水室对设计工况及大流量工况的压力脉动影响很小,但对小流量工况下的压力脉动影响较大,而且导致频率特性更为复杂。     

筒袋泵首级叶轮结构参数对水力性能影响

为进一步提高立式筒袋泵性能,基于ＲＮＧｋ—ε湍流模型,对立式筒袋泵首级叶轮进行数值 模拟．通过分析改型前后各个流量状况下的外特性曲线和离心泵内压力云图,研究了不同叶片数和 不同叶片包角角度情况下离心泵扬程和效率的变化情况,为筒袋泵进一步改良提供了依据．结果表 明：随着叶片数的增加,离心泵各个流量情况下的最大效率值呈现先增大后减小的现象;随着叶片 包角的增大,离心泵效率先上升后下降,存在着一个对于离心泵性能最佳的包角角度;相较叶片数 改变对性能的影响而言,叶片包角改变对性能的影响较小．     

大小叶片斜流压气机级性能和流场的数值模拟研究

文章以某高压比斜流压气机级为研究对象,开展三维定常数值模拟研究,初步获取了压气机级性能和流场结构,并与试验结果进行了对比。结果表明,计算总体性能与试验存在一定的差距,计算的流量-压比曲线比试验值向右和向上移动,流量-效率曲线比试验值向右和略微向上移动。对于斜流叶轮,两个叶片通道出口靠近机匣区域均存在低速流团,通道1中低速流团主要由附面层低能流团在哥氏力作用下堆积而成,通道2中的低速流团主要由叶尖间隙泄漏形成。对于文中计算斜流压气机,通道1中的低速流团对诱发流动失稳起主要作用。